催化原理及锂空气电池课件.ppt

催化原理及催化原理及锂空气电池锂空气电池报告人：牛强报告人：牛强1 1 催化作用与催化剂催化作用与催化剂1-1 催化剂的发展与定义1-2 催化作用的基本特征1-3 催化的重要性1-1 1-1 催化剂的发展与定义催化剂的发展与定义l1781年(帕尔明蒂): 稀酸参加下的淀粉转化为糖.1783年(普里斯特林): 在粘土上的醇的脱水.1797年(舍莱): 稀酸参与下的乙酸乙酯的皂化反应.1817年(Davy): 加热铂丝可促进煤气、烃类的氧化.1822年(Dobereiner): Au，Ag，Pt使H2+O2H2O.1834年(Mitscherlich): 硫酸可使醇脱水成醚.l催化作用是人们通过科学活动和生产实践认识到的一种现象：某些物质对一系列反应有影响，但本身似乎没有变化或参与反应 l1835年 Berzelins 把上述现象归结起来，认认为为是是由由一一种种催催化化力力(Catalytic force)所引起的，提出了催催化化作作用用(Catalysis)Mitscherlich把这类现象称为接接触触催催化化(Contact catalysis)l1919年 Ostwald (奥斯瓦尔德)对催化剂提出了更为精确和完整的定义“催化剂能影响化学反应的速度，但它本身并不因化学反应的结果而消耗，它亦不会改变反应的最终的热力学平衡”。

l催化剂是一种物质:l数量少而能产生巨大变化的物质; l可以改变反应速度，而本身不被消耗的物质催化剂的定义催化剂的定义l1976年IUPAC（国际纯粹及应用化学协会）“催催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象反应的现象”l1994年国家自然科学基金委员会在自然科学发展调研报告中指出“催化是加速反应速度、控制反催化是加速反应速度、控制反应方向或产物构成，而不影响化学平衡的一类作应方向或产物构成，而不影响化学平衡的一类作用起这种作用的物质称为催化剂，它不在主反用起这种作用的物质称为催化剂，它不在主反应的化学计量式中反映出来，即在反应中不被消应的化学计量式中反映出来，即在反应中不被消耗催化剂的定义催化剂的定义 1-2 1-2 催化作用的基本特征催化作用的基本特征 （1 1）1. 不能改变化学平衡和平衡常数 G=-RTLnKa2. 催化剂的存在可改变化学反应的速度 催化剂参与了整个化学反应过程，但反应前后没有发生变化，而整个反应的速度是加快了，加速了到达平衡的时间。

l催化剂的使用，有时也可使反应速度减慢，延长到达平衡的时间l亚硫酸钠易被水中的氧氧化l加入醇后可抑制氧化的进行 1-2 1-2 催化作用的基本特征催化作用的基本特征 （2 2）3 催化剂对不同的反应具有选择性催化剂对不同的反应具有选择性l对于不同的反应，催化剂的活性是不同的l选择性由催化剂的功能所决定，但也部分地决定于热力学平衡对热力学上不太有利的反应，更应选择性能优良的催化剂l有时选择性比活性更重要A B (产物) C 原料比较昂贵时，往往更注重于提高选择性 1-2 1-2 催化作用的基本特征催化作用的基本特征 （3 3）合成氨合成氨lN2+3H2 2NH3 l到19世纪中叶，所使用的氮肥主要来自智利的硝酸纳矿l19世纪后期，用炼焦的副产产品氨为原料，可以制成硫酸铵，作为氮肥来使用 l自然界中游离氮只能被豆科植物的根瘤菌直接利用l1907年，哈柏哈柏等在约550和 150至250个大气压的条件下，得到了8.25%的氨，成功地制取了0.1公斤的合成氨l7月2日，哈柏哈柏在实验室建成世界上第一个氨合成装置的模型催化剂为锇或铀） l为解决世界范围氮肥短缺问题，他提出 空气中的氮和水中的氢在高温高压和催 化剂作用下能够发生化学反应并合成氨，1904至1913年发明了合成氨生产技术，从而开创了合成氨工业。

于1918年获奖 13 催化的重要性催化的重要性Fritz Haber(18681934)l1911年，博施博施和米塔希米塔希在BASF公司建造了世界上第一座合成氨工厂1913年9月9日，开始生产，实现了合成氨工业化的生产，年产 3.6万吨硫酸铵Fe系催化剂）l1908至1913年改进了高压合 成氨的催化方法，实现了合 成氨的工业化生产，并在发 展高压化学方面取得重要成 就于1931年获奖 l目前世界合成氨产量已经超过8000万吨/年l20世纪四十年代，美国环球油品公司发现和开发了汽油烷基化硫酸催化材料 使燃料油品的辛烷值由原来的87提高到100 这种燃料使英国飞机的爆发加速能力提高了50% 确保了皇家空军战斗机在1940年7月10月间的不列颠空战中击败了强大的德国空军 扭转了第二次世界大战的战局；因此在二战中起决定作用的不列颠空战被称为：催化剂代表胜利13 催化的重要性催化的重要性l20世纪五十年代，Ziegler-Natta聚合催化剂的发现，使人类获得了丰富的塑料和纤维制品它不仅带动了整个石化工业的兴起，也推动了与材料相关的其他产业的发展，同时也给人类的日常生活带来了巨大的变化13 催化的重要性催化的重要性Ziegler，(18981973) Natta19031979)1949至1953年发明了 高活性络合催化剂，于1963年获奖。

对齐格勒发明的催化剂加以改进，使其适合于聚丙烯的大规模生产，产品的强度高、硬度大、耐磨损，成为仅次于聚乙烯的塑料主要品种之一，广泛用于汽车、化工、包装、建筑、医疗、农业、食品等工业于1963年获奖 l世界上超过90的化学品的生产都与催化有关l利用催化技术每年所产生的收入超过1万亿万亿美元，而催化剂的制备成本约为几十亿几十亿美元因此催化剂的成本在产品的成本中占约0.1%l我国的石化工业是国民经济的支柱产业：l工业总产值占全国11.6, l资产总值占全国14.18；13 催化的重要性催化的重要性2 催化作用原理催化作用原理1. 均相催化反应l化学反应原理： l催化反应： 2.非均相催化(多相催化)反应物分子在固体表面上的化学吸附，使反应物分子中的化学键松弛、极化，甚至破裂成原子或基团，从而进入活化状态3) (3) 影响固体催化剂活性的因素影响固体催化剂活性的因素 一个催化反应包括一种或几种反应物在催化剂表面上短暂的吸附一个催化反应包括一种或几种反应物在催化剂表面上短暂的吸附,（几乎总是化学（几乎总是化学吸附）发生键的重排和产物脱附因此影响催化剂活性的因素有，几何、电子和化吸附）发生键的重排和产物脱附。

因此影响催化剂活性的因素有，几何、电子和化学三个因素学三个因素1. 几何因素（空间因素）催化剂表面的晶格是活性中心，晶格的结构和反应尺寸应与反应物的几何构造相适应结构敏感与不敏感反应2电子因素 固体催化剂的电子参与了反应过程因此，固体的电性质，如固体的费米能级、导电率、溢出功及金属的电子特征与催化作用相联系3化学因素 催化剂由化学物质构成，催化剂的性能决定于它的化学组成 3 催化剂与催化反应的分类催化剂与催化反应的分类3-1 催化反应的分类1. 按催化系统物相的均一性进行分类2按反应单元进行分类3-2 反应机理的分类3-3 催化剂的分类2 2按反应单元进行分类按反应单元进行分类氧化还原型催化反应的特点：l 在催化剂和反应物分子间发生单个电子的转移（即氧化还原作用），从而形成活性物种（自由基物种），在反应过程中涉及催化剂元素的价态变化自由基型反应机理）l 所用催化剂多数为金属、金属氧化物、金属硫化物，如镍、铂、氧化钒、氧化铬、硫化钼等它们多数是过渡元素及其化合物，具有催化加氢、脱氢、氧化等反应的功能配位催化反应的特点: l反应物分子与催化剂间的配位作用而使反应物活化，如：- 络合所用的催化剂称配位催化剂。

锂空气正极常见催化剂锂空气正极常见催化剂l一个理想的空气电极应具备：l高的比表面积l优化的孔道结构l良好电导率l高活性催化剂lPt、Au、MnO2、Co3O4。